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7/4/2010 1 L. Rossi – IFAE2010 - Roma Leonardo Rossi(INFN Genova) on behalf of the ATLAS Collaboration IFAE, Roma, 7-9 Aprile 2010 Stato di ATLAS L’esperimento Prima raccolta dati (12/2009) Funzionamento del rivelatore ( M. Donega’) Prime misure a 900 GeV Collisioni a 7 TeV

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7/4/2010 1L. Rossi – IFAE2010 - Roma

Leonardo Rossi(INFN Genova) on behalf of the ATLAS Collaboration

IFAE, Roma, 7-9 Aprile 2010

Stato di ATLAS L’esperimento Prima raccolta dati (12/2009) Funzionamento del rivelatore ( M. Donega’) Prime misure a 900 GeV Collisioni a 7 TeV

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Large Hadron Collider

• Proton-proton collider• 27 km di circonferenza• 4 regioni di interazione

equipaggiate con esperimenti

– Alice, ATLAS, – CMS, LHCb

Nominale Iniziale

Energia (c.m.) 14 TeV 900 GeV (2.36 TeV)

Luminosita’ 1034 cm-2s-1 ~7 x 1026 cm-2 s-1

Bunches/Fascio 2808 4 (2 collidono in ATLAS)

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• A Toroidal LHC ApparatuS: rivelatore multi-purpose disegnato per coprire large range of physics measurements

• massa ~ 7000 tons• alto 25m • lungo 46m • ~100 millioni

di canali (90% nel

tracciatore)

η=-ln(tan(Θ/2))

L’esperimento ATLAS

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Immerso in un campo solenoidale di 2 Tesla misura le traiettorie delle tracce cariche.

L’ID comprende 3 sub-detectors: (resolution)Pixel : 10/115 μm in Rϕ/zSilicon strip(SCT):17/580 μmTransition radiation tracker (TRT):130μm in Rϕ

L’ID copre : |η| < 2.5 (2.0 for TRT) con 3 misure Pixel, 8 SCT and ~30 TRT.Disegnato per efficienze di traccia >90% (p) e 99% (m) , misura momenti con σpT /pT = 0.05% pT 1% ⊕e parametri di impatto (ad alti p) = 10mm

L’Inner Detector (o tracciatore interno)

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• Misurano il deposito di energia (quindi anche l’eventuale sbilanciamento = ET mancante)

• Cal. elettromagnetico (LAr):– misura precisa del deposito di energia di fotoni ed elettroni (e

adroni (HEC) oltre l’accettanza del Tile)– coperturta |η|< 4.9

• Cal. adronico (Tile):– misura del deposito di energia

degli adroni– copertura |η|<1.7

I calorimetri

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Lo spettrometro a m• Immerso in un campo magnetico toroidale di ~ 0.5 T (3x8 toroidi

superconduttori) in aria.• Camere di misura di precisione e camere di trigger

– MDT (Monitored Drift Tubes)– RPC (Resistive Plate Ch.)

– CDC (Cathode Drift Chambers)– TGC (Thin-Gap Chambers)

• copertura |η|<2.7

barr

elen

d-ca

p

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Aspettando le collisioni: stato del rivelatore

Dopo lo shut-down di Gennaio 2010

99.5%100%

Il rivelatore funziona tutto

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Aspettando le collisioni: m-cosmici per allineare

Settori barrel in alto, ben irrorati da m

tracciatore e spettrometro m

e per correlare

( )f m

(f ID)

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Preparazione alle collisioni: beam splash e messa in tempo

EMB, LAr Em Barrel: 0.8 nsEMEC, LAr Em EndCap: 0.8 nsHEC, LAr Hadr EndCap: 1.2 nsFCAL, Forward calo: 1.1 ns

Evento beam splash nel TRT predisposto per le collisioni (timing entro 2 ns, ToF visibile)

Timing nel calor. elettromagnetico a LAr

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Trigger per selezionare le collisioni p-pIl trigger di ATLAS e’ a 3 livelli di selettivita’ crescente e in grado di gestire 40MHz di collisioni (registrandone solo 200Hz). Per il run di Dicembre 09 molto piu’ semplice: basato su “passaggio dei fasci” (= BPTX) e “particelle in una regione dell’angolo solido” (=MBTS).

BPTX

MBTS

BPTX= beam pick-up elettrostatico situato a 175m da ATLAS

MBTS= Minimum Bias Trigger Scintillator, montato sull’EC Lar a 3.5m dall’IP, copre con 16+16 elementi la regione 2.1< |η|< 3.8

Evento di collisione p-p a 900 GeV. Gli elementi MBTS sopra soglia sono in giallo brillante

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La separazione tra collisioni e fondo (di singlo fascio) e’ fatta sul tempo di volo

Out of time: |tA –tC|>7.5 nsIn time: |tA –tC|<7.5 ns

MBTS

Lar- EndCap

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Strategia di trigger (esempio su uno spill)

Appena c’e’ “Stable Beam” si accende il Tracker e si possono usare algoritmi di filtro (prescalati) x normalizzazione e studio.

Trigger rate collisioni ~ 10 Hz all’inizio dello spillLevel1 Trigger~ 5kHz con BEAM STABLE, dominato da L1 BPTX Output data rate (HLT) ~ 100 Hz costante nel run, dominato da stream di calibrazione/monitor/RANDOM trigger

Inizio dello spill, si registrano collisioni (MBTS)

L2 Inner detector riceve 5% di L1 BPTX e triggera in base al # di space points nell’ID.Se rapporto tra collision trigger e L2 ID e’ 20 significa che il filtro e’ altamente efficiente.

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Luminosita’ integrata raccolta nel 2009

Massima Luminosita’ istantanea vista da ATLAS: ~ 7 x 1026 cm-2 s-1

Data No di eventi Luminosita’ integrata (μb−1)Incertezza sist. <30%

Total √s = 900 GeV (Stable beam)

917k (538k) ~20 (~12)

Total √s = 2.36 GeV 34k 0.7

Il trigger MBTS al L1 ha e~85% x le collisioni e contiene qualche % di fondo non di collisioni.

La luminosita’ e’ misurata con MBTS, LUCID e LAr

3 ore

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La prima misura : charged particle multiplicities in pp interactions at √s = 900 GeV‐

Questa misura vincola i modelli fenomenologici di soft-QCD ed e’ quindi importante per la comprensione dei fenomeni ad alto pT al LHC.

Single DiffractiveDouble DiffractiveNon Diffractive

Per studiare le collisioni inelastiche si deve usare un trigger di minimum bias e misurare la distribuzione delle particelle cariche primarie (t> 0.3 10-10 s).

queste distribuzioni sono misurate nell’intervallo pt > 500 MeV e |η| < 2.5 mediante il tracciatore interno.

1

Nev

1

pTdNchdpT

,

1

NevdNchd

,

1

NevdNevdNch

,

pT vs.Nch

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Verifica del funzionamento del tracciatore internoImportante misurarne l’efficienza (di hit/traccia/vertice) e la scala dei momenti

hits: accordo eccellente dati/simulazione

hits: accordo eccellente dati/simulazione

Segmenti ricostruiti nei Pixel ed estrapolati nell’SCT

~ok, disaccordo incluso nel sistematico

Il contributo maggiore alla misura dell’efficienza di traccia viene dagli effetti del materiale. Si sono usati vari metodi: a) segmenti Pixel SCT b) massa del K0

stracce

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La misura della massa del K0s e’ in

accordo con la simulazione (e PDG) la scala dei momenti e’ capita bene (a questi pT)

La massa misurata del K0s e’ sensibile

alla quantita’ di materiale attraversato (correzione per il dE/dx cambia il momento) Si confrontano dati/simulazione e al variare del materiale (+10% e +20%).

Metodo per ora sensibile al volume dei Pixel (soprattutto barrel), si estendera’ a SCT e alti h con piu’ statistica

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• Si usano tutti i dati a 900 GeV raccolti in condizioni di fascio stabile e con trigger, tracciatore e solenoide in condizioni operative.

• Si misurano le distribuzioni inelastiche “fully inclusive” per evitare ogni dipendenza dal modello e facilitare il confronto esperimento/modello.

• Si studiano eventi con– Un vertice primario ricostruito ed almeno 1 traccia ricostruita con:

• pT > 500 MeV, |η| < 2.5

• ≥ 1 hit nei pixel, ≥ 6 hits nel SCT• |d0

PV| < 1.5 mm, |z0PV|sin(θ) < 1.5 mm

• Si corregge per gli effetti del trigger e dell’(in)efficienza di vertice & traccia al livello di ciascuna particella– ma non si estrapola al di fuori del nostro spazio-fasi.

• Cio’ lascia ~326k eventi per questa analisi– Il fondo dovuto al fascio e’ stimato (usando bunch che non collidevano) a < 10-4

Strategia di analisi

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• Il vertice primario ricostruito deve– contenere ≥ 3 tracce con

• pT > 150 MeV, |d0BS| < 4 mm

– L’efficienza di ricostruzione di vertice e’ derivata completamente dai dati

• ~100% per eventi con almeno 4 tracce• Incertezza sistematica < 0.1%

• Il taglio su d0 e z0 rimuove le tracce secondarie– La frazione di tracce secondarie residue

e’ stimata estrapolando la distribuzione di parametri di impatto

• 2.20% ± 0.05 (stat) ± 0.11 (syst)delle tracce selezionate

Efficienza di vertice

ATLAS Preliminary

Misura dell’efficienza di vertice

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• Il trigger e’ molto “aperto” e semplice– un solo hit in un solo ramo MBTS

• L’efficienza di trigger e’ misurata usando i dati– con trigger indipendenti che

richiedono

• bunch che collidono in ATLAS• almeno 6 hits in Pixel/SCT e

una traccia “loose” con pT > 200 MeV

• L’efficienza di trigger vs la selezione di analisi e’ molto alta– il taglio su d0 e’ fatto vs la beam spot

(non il PV), non c’e’ taglio z0

• Non ci sono bias osservati vs η, pT

• L’incertezza sistematica e’ molto piccola <0.03%

Misura dell’efficienza del trigger

Efficienza di trigger

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Risultati: densita’ di particelle cariche vs h e pT

Nch: numero di paricelle cariche primarie

Normalizzato al # di eventi selezionati Nev

pT > 500 MeV|η| < 2.5Nch ≥ 1

dati ATLAS eccedono i valori previsti dai modelli (tunati in regioni di spazio-fasi diverse)

Accordo dati/modelli solo per pT<0.7 GeV (i dati arrivano a 15 Gev)

Errore sistematico domina ed e’, a sua volta, dominato dalla limitata conoscenza del materiale

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Risultati: molteplicita’ di particelle cariche e <pT> vs Nch

Disaccordo per Nch=1 e Nch>10 ( di segno opposto)

Crescita di <pT> al crescere di Nch cambiamento di pendenza per Nch>10 (come CDF)

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Confronto con altri esperimenti

Confronto con CMS:Nch minore di quanto misurato da ATLAS (ma CMS corregge per l’efficienza di selezione delle componente DD).

Confronto con UA1:Nch ≈20% maggiore che in ATLASUA1 ha usato un tigger “double arm” che sopprime le basse molteplicita’.

ATLAS Preliminary <Nch>

|η| < 2.5 1.333 ± 0.003(stat.) ± 0.040(syst.)

NSD |η| < 2.4 1.241 ± 0.040

NSD ottenuta usando Pythia DW tune (Tevatron)

CMS NSD (pt > 0.5 GeV) 1.202 ± 0.043

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E ora?• Dal 30/3/2010 @12.58 abbiamo iniziato a misurare collisioni a 7 TeV• Gia’ il primo pomeriggio la statistica raccolta in condizione di fascio

stabile ha ~eguagliato quella di Dicembre.

Using estimated 7 TeV minimum bias cross section as input

LB 184(12:56 local time)

separator collapse

t(fascio) ~5 ore

Scan di luminosita’ (31/3): fascio fuori di (30mm(h) e 130mm(v)). Centrando +60% lumi.

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7 TeV

0.9 TeV

Confronto beam spot a 7 e 0.9 TeV

vert

ica

le

oriz

zon

tale

Horiz. beam width (on line) =370mm

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Conclusioni• Il run a 0.9 TeV ha:

• provato che ATLAS funziona bene ( Donega’ + PhD posters)• portato alla prima pubblicazione di fisica (arXiv:1003.3124v1)

• Il run a 7 TeV e’ iniziato bene e, nel lungo week-end di Pasqua, si e’ gia’ accumulata una luminosita’ integrata di xxx nb-1

• La prima misura sara’ la ripetizione a 7 TeV della misura di molteplicita’ di particelle cariche (poche settimane) e poi un vasto programma di misure per “riscoprire” il modello standard (e validare ATLAS) e poi….

• Il run e’ previsto durare ~18 mesi e fornire 1 fb-1 di luminosita’ integrata gli esperimenti a LHC diventeranno competitivi con FNAL soprattutto per i fenomenti ad alto pT (o la produzione di alte masse)

J.Stirling http://projects.hepforge.org/mstwpdf/plots/plots.html